Оптимизация передачи данных в городских информационных системах на основе методов теории графов

Городские информационные системы Москвы, управляемые Департаментом информационных технологий (ДИТ), представляют собой сложную распределенную экосистему, генерирующую и обрабатывающую огромные объемы гетерогенных данных. Эффективная передача этих данных, особенно для критических сервисов с жесткими требованиями к задержкам и надежности, является ключевым фактором функционирования "умного города" и качества госуслуг. Критически необходима оптимизация передачи данных в ГИС Москвы на основе теории графов для повышения QoS, надежности и эффективности.

Цель исследования - разработка и верификация методов оптимизации передачи данных в городских информационных системах на основе теории графов. Задачи включают снижение задержек, повышение надежности и эффективности использования сетевых ресурсов для критически важных сервисов.

Методы. Исследование основывалось на детальном моделировании инфраструктуры ДИТ Москвы в виде взвешенного графа, где вершины представляли узлы обработки/хранения данных, а ребра - каналы связи с атрибутами пропускной способности, задержки и надежности. Потоки данных для ключевых сервисов специфицировались с требованиями QoS. Для оптимизации были применены специализированные графовые алгоритмы: модифицированный A* с географической эвристикой для QoS-маршрутизации, алгоритмы балансировки нагрузки на основе поиска максимального потока/минимальной стоимости и методы обеспечения отказоустойчивости через поиск k-непересекающихся путей (k=2).

Результаты. Применение алгоритма A* позволило снизить среднюю задержку передачи видеопотоков для системы "Безопасный город" на 22-35 % по сравнению с базовыми подходами, гарантированно обеспечивая соблюдение SLA (<150 мс). Алгоритмы балансировки нагрузки снизили 95-й процентиль задержки транзакций записи к врачу с 65 мс до 42 мс за счет предотвращения перегрузок ключевых узлов. Использование двух непересекающихся резервных путей сократило время восстановления работы критических сервисов после сбоя канала с 500 мс до 50 мс.

Выводы. Полученные результаты убедительно доказывают высокую практическую ценность применения теории графов для оптимизации передачи данных в масштабных городских системах. Учет географической специфики и иерархической структуры сети Москвы оказался критически важным фактором успеха.